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Kairen Xu, Wentao Jiang, Zhihong Zhou, Zhongyou Li, Taoping Bai & Huajie Xiong (21 Apr 2024): Adhesive strength of ice on solid surfaces under dynamic heating condition, Journal of Adhesion Science and Technology, DOI: 10.1080/01694243.2024.2343222
清晰、全面地了解飞机热除冰系统运行过程中冰附着的动态变化，有助于实现飞机热除冰系统的安全运行。在本研究中，我们旨在阐明不同材料在热除冰条件下的冰粘附衰减模式。
用模具在铝合金、不锈钢、钛合金、聚四氟乙烯(PTFE)表面形成冰，然后测量其初始和动态冰粘强度。并探讨了表面粗糙度和加热速率的影响。结果表明:三种金属表面的残余粘接强度与温度上升至- 0.5℃之前的瞬间温度几乎成线性关系;然而，对于聚四氟乙烯表面，不是由于热引起的粘接强度降低，而是由于基材热变形引起的高应力而发生粘接失效。在动态加热条件下，基材粗糙度对粘接强度的影响明显减弱，加热速率对粘接强度与瞬间温度的关系影响较小。
图1. 模型接口与网格。(a)Viewpoint-1。(b) Viewpoint-2。
图2. 计算了四种材料在冰-基底界面处的平均温度。所有元件的初始温度和恒定环境温度均设置为−10℃。加热功率为10W。
图3. 基板上表面结冰的形成过程。(a)结冰模具爆破图。(a1)衬底试样。(a2)硅橡胶模具。(a3)铝薄板。(a4)铝方管。(5)活页夹。(b)向模具内注入预冷水。(b1)机械移液器。(b2)组装完成后覆冰模具。(c)脱模后样品上粘有冰，用于试验。这个方管对于装载是必要的。
图4. (a)在加热系统关闭的情况下，用于冰附着测量实验的试验台。(a1) NEMA23步进电机带减速箱驱动的重载滑台。(a2)带挂钩的力传感器。(a3)不锈钢双眼旋转环。(a4)有粘附冰和方管的试样。(a5)拨动夹子。(a6)铝基板。(b)在加热系统开启的情况下，用于冰附着测量实验的试验台。在这些实验中，样品被倒挂在衣架上。(b1)两端支承良好的4040铝型材。(b2) 3D打印衣架本体。(b3)支撑螺钉。(b4)附有冰和加热膜的试样。(b5)铝合金方管，带不锈钢固定销。(b6)不锈钢双眼旋转环。
图5. 四种材料上冰的残余粘接强度随平均界面温度变化的试验结果。加热功率设置为10W。温度值(y轴数据)由模拟得到。
图6. (a)聚四氟乙烯板加热30s后的变形趋势图。需要注意的是，为了更好地澄清，变形被放大了。(b)冰-基底界面von Mises应力分布。20 ×20 mm2冰-衬底接触区域位于中心。
相应的成果以“Adhesive strength of ice on solid surfaces under dynamic heating condition”为题发表在Journal of Adhesion Science and Technology上，通讯作者为四川大学蒋文涛教授和周志宏教授。
中国民用航空飞行学院何强教授团队依托高高原航空安全验证实验室与四川省全电通航飞行器关键技术工程研究中心等省重平台，主要研究方向为表面防除冰，航空橡胶密封等。欢迎相关文献投稿，交流合作。
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